KR20100032004A

KR20100032004A - 배터리 관리 시스템

Info

Publication number: KR20100032004A
Application number: KR1020080090941A
Authority: KR
Inventors: 김준호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2010-03-25

Abstract

본 발명의 배터리 관리 시스템은 디젤 엔진의 실린더 내에 구비되어 배터리에서 공급되는 전원에 의해 작동되는 글로우 유닛과, 상기 배터리에 장착되어 배터리의 상태를 감시하는 센서부와, 상기 센서부로부터 글로우 유닛이 작동되기 전/후의 배터리의 상태를 측정하여 배터리의 내부 저항값을 계산하고, 계산된 배터리의 내부 저항값에 의해 배터리의 잔존 용량을 예측하는 제어부를 포함한다.

상기와 같은 발명은 배터리의 내부 저항값을 계산하여 배터리의 잔존 용량을 측정함으로써, 배터리 관리 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

배터리, 글로우 유닛, 센서부, 전압 측정부, 션트

Description

배터리 관리 시스템{BATTERY MANAGEMENT SYSTEM}

본 발명은 배터리 관리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디젤 차량에 구비되는 배터리의 관리 효율을 높이기 위한 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차에는 헤드 램프, 실내등 및 클러스트 조명과 같은 전장품들이 설치되며, 이러한 전장품들은 차량에 구비되는 배터리에 의해 전기가 공급되어 구동된다.

배터리는 안정성과 수명 향상, 고출력을 얻기 위해 항상 적정한 충전 상태가 유지되어야 하며, 이를 위해 배터리의 상태 예컨대, 배터리의 충전량(SOC: State Of Charge) 및 배터리의 잔존 용량(SOH: State Of Health)을 수시로 점검하여 배터리의 상태를 관리하게 된다.

배터리의 충전량은 배터리에 구비된 센서를 통해 배터리의 전류, 전압 및 온도 특성을 측정하여 배터리의 충전량을 산출하고 있으며, 최근에는 배터리의 충전량의 측정 기술이 상당히 향상되어 그 오차가 10 이내로 줄어들고 있다.

하지만, 배터리의 잔존 용량에 대한 연구는 미비한 상태로서 그 측정 오차가 상당하여 배터리 상태를 정확하게 판단하기 어려우며, 이로 인해 배터리를 효율적 으로 관리하기 어려운 문제점이 발생된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 디젤 차량의 배터리를 효율적으로 관리하기 위한 배터리 관리 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 배터리 관리 시스템은 디젤 엔진의 실린더 내에 구비되어 배터리에서 공급되는 전원에 의해 작동되는 글로우 유닛과, 상기 배터리에 장착되어 배터리의 상태를 감시하는 센서부와, 상기 센서부로부터 글로우 유닛이 작동되기 전/후의 배터리의 상태를 측정하여 배터리의 내부 저항값을 계산하고, 계산된 배터리의 내부 저항값에 의해 배터리의 잔존 용량을 예측하는 제어부를 포함한다.

상기 배터리의 잔존 용량은 제어부에 미리 저장된 내부 저항값에 대응되는 배터리의 잔존 용량을 측정하여 배터리의 잔존 용량을 예측할 수 있다.

상기 배터리의 내부 저항값은 (글로우 유닛이 작동되기 전의 평균 전압값 - 글로우 유닛이 작동되는 동안의 배터리 평균 전압값) / (배터리가 작동되는 동안의 배터리 평균 전류값)에 의해 계산될 수 있다.

상기 글로우 유닛이 작동되기 전의 평균 전압값은 시동이 정지된 후 배터리의 전압이 안정화되도록 일정 시간 경과 후 측정할 수 있다.

상기 센서부는 배터리의 (-)단자에 연결된 션트와, 상기 션트와 양단에 연결된 전압 측정부를 포함하고, 배터리의 평균 전류값은 (션트의 양단 전압값/션트의 저항값)으로 계산될 수 있다.

본 발명은 배터리의 내부 저항값을 계산하여 배터리의 잔존 용량을 측정함으로써, 배터리 관리 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 배터리를 효율적으로 관리함으로써, 차량의 연비 개선 효과를 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템을 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템의 배터리에 장착된 센서부를 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템의 작동을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템의 내부 저항값에 따른 배터리의 잔존 용량을 나타낸 그래프이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은 디젤 엔진에 구비되는 글로우 유닛(200)과, 배터리(B)에 장착되어 배터리(B)의 상태를 감시 하는 센서부(100)와, 글로우 유닛(200)이 작동되기 전/후의 상태를 측정하여 배터리(B)의 내부 저항값을 계산하고, 계산된 내부 저항값에 의해 배터리(B)의 잔존 용량(SOH)을 예측하는 제어부(300)를 포함한다.

글로우 유닛(200)은 디젤 엔진의 시동이 용이하게 스타팅될 수 있도록 디젤 엔진을 예열하는 역할을 하며, 구체적으로는 동절기 디젤 차량의 시동 성능을 높이기 위해 실린더(미도시)에 유입되는 공기의 온도를 높이는 역할을 한다. 이러한 글로우 유닛(200)은 예컨대, 4기통 차량의 경우 4개가 장착되며 최초 작동시 약 100A의 전류가 소모된다.

글로우 유닛(200)에는 배터리(B)의 일단 예컨대, 배터리(B)의 (+)단자가 연결되어 있으며, 글로우 유닛(200)과 배터리(B) 사이에는 배터리(B)로부터 글로우 유닛(200)에 과전류가 공급되는 것을 방지하기 위해 퓨즈(600)가 더 연결될 수 있다.

또한, 글로우 유닛(200)을 작동시키기 위해 글로우 유닛(200)에는 글로우 릴레이(400)가 더 연결될 수 있으며, 글로우 릴레이(400)에는 글로우 릴레이(400)를 제어하기 위한 글로우 제어유닛(500)이 더 연결될 수 있다.

센서부(100)는 배터리(B) 일측 단자 예컨대, (-)단자에 연결되어 있으며, 이러한 센서부(100)는 배터리(B)의 상태 예컨대, 배터리(B)의 전압 및 전류를 측정하는 역할을 한다. 물론, 배터리(B)의 전압 및 전류 이외에도 배터리(B)의 소모 전류, 온도를 측정할 수도 있다. 여기서, 센서부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리(B)의 전압 및 전류를 측정하기 위해 전압 측정부(110)와, 션트(120)로 구성 될 수 있다.

션트(120)는 배터리(B)의 (-)단자에 연결되어 있으며, 션트(120)의 양단은 전압 측정부(110)와 연결된다. 또한, 전압 측정부(110)는 센서 전원공급 배선에 의해 배터리(B)의 (+)단자에 연결된다.

글로우 유닛(200)이 작동되어 배터리(B)로부터 전류가 션트(120)에 통전되면 미세 저항 소자인 션트(120)의 양단에는 전압이 발생되고, 상기와 같은 전압은 전압 측정부(110)에 의해 측정될 수 있다. 또한, 션트(120)의 양단의 전압에서 션트(120)의 미세 저항 성분을 나누게 되면 배터리(B)의 전류를 측정할 수 있다.

제어부(ECU: Electronics Control Unit, 300)는 배터리(B)의 잔존 용량을 예측하는 역할을 하며, 이를 위해 제어부(300)는 글로우 유닛(200)이 작동되기 전에 센서부(100)로부터 배터리(B)의 전압 및 전류값을 제공받아 배터리(B)의 내부 저항값을 계산하고, 계산된 내부 저항값을 계산하여 배터리(B)의 잔존 용량을 예측할 수 있다.

즉, 제어부(300)는 센서부(100)로부터 글로우 유닛(200)이 작동되기 전과 글로우 유닛(200)이 작동되는 동안의 배터리(B)의 상태 예컨대, 배터리(B)에 흐르는 전압 및 전류값을 제공받고, 제공된 배터리(B)의 전압 및 전류값에 의해 내부 저항값을 측정할 수 있다. 여기서, 내부 저항값은 수학식 1에 의해 계산될 수 있다.

Rin은 배터리(B)의 내부 저항값을 나타내고, Vocv는 배터리(B)의 오픈 서킷 전압으로써, 회로 결선이 단선되었을 때의 배터리 전압이다. 여기서, 차량에서는 배터리 회로를 단선시킬 수 없기 때문에 시동이 정지된 상태에서 소모 전류가 최소인 상태에서 측정하면 근사값을 얻을 수 있다.

Vsoh는 글로우 유닛(200)이 작동되고 있는 상태의 배터리(B) 전압으로서, 글로우 제어유닛(500)이 글로우 유닛(200)을 작동시키는 동안의 배터리(B) 평균 전압을 나타낸다.

Isoh는 글로우 유닛(200)이 작동되는 시간 동안에 글로우 유닛(200)에 흐르는 전류 값을 나타낸다. 상기와 같은 값은 센서부(100)로부터 측정될 수 있다.

배터리(B)의 내부 저항값을 측정하기 위해서는 가능한 많은 전류를 통전시켜야 하며, 이로 인해 차량에서 전기 부하가 가장 큰 시동 모터를 사용하는 것이 바람직하지만, 안정된 전류 소모 패턴을 얻기 힘들기 때문에 글로우 유닛(200)을 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 내부 저항값이 계산되면, 제어부(300)는 제어부(300)의 내부 메모리에 미리 저장된 Rin-SOH 맵과 대비하여 측정된 내부 저항값에 따른 SOH 값을 예측함으로써, 배터리(B)의 잔존 용량을 측정할 수 있다.

이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템의 작동을 살펴본다.

먼저, 시동이 오프된 후, 배터리(B)의 내부가 화학적으로 안정되도록 일정 시간 경과하도록 함으로써, 배터리 전압을 안정화시키는 단계(S100)를 수행한다. 여기서, 일정 시간은 1시간 내지 2시간 사이인 것이 바람직하며, 1시간인 것이 더욱 바람직하다.

이어서, 글로우 유닛(200)이 작동되지 않은 상태에서 센서부(100)는 배터리(B)의 전압을 측정하여 센서부(100)로부터 글로우 유닛(200)이 작동되지 않은 상태에서 배터리(B)의 전압을 측정하는 단계(S200)를 수행한다.

이어서, 글로우 유닛(200)을 작동시키기 위해 글로우 릴레이(400)를 작동시키는 단계(S300)를 수행한다. 여기서, 글로우 릴레이(400)는 제어부(300)에 의해 작동될 수 있으며, 제어부는 글로우 릴레이를 제어하는 글로우 제어유닛을 통해 글로우 유닛(200)을 제어할 수 있다. 여기서, 글로우 유닛(200)은 5초 내지 10초 동안 작동시키는 것이 바람직하다.

이어서, 글로우 유닛(200)이 작동되는 동안 배터리(B)의 전류를 측정하는 단계(S400)를 수행한다. 여기서, 글로우 유닛(200)이 작동되는 동안의 배터리(B)의 전류를 측정하기 위해 글로우 유닛(200)이 작동되는 동안의 배터리(B) 전압을 측정할 수 있으며, 측정된 배터리(B)의 전압을 션트(120)의 내부 미세 저항값을 나누어 글로우 유닛(200)이 작동되는 동안의 배터리(B)의 전류를 측정할 수 있다.

이어서, 센서부(100)로부터 글로우 유닛(200)이 작동되기 전/후의 배터리(B)의 상태를 제공받으면 제어부(300)는 앞서 설명한 바와 같은 수학식 1에 의해 배터리(B)의 내부 저항값을 계산하는 단계(S500)를 수행한다.

이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 미리 저장된 Rin-SOH 맵에 의해 측정된 내부 저항값을 대응시켜 내부 저항값에 의한 배터리(B)의 잔존 용량을 예측하는 단 계(S600)를 마친다.

배터리(B)의 내부 잔존 용량은 신품 배터리에 비해 충전 성능, 방전 성능 등의 여러가지 특성이 나타나지만 공통적으로 배터리의 내부 저항이 증가하기 때문에 배터리의 내부 저항값만 계산하면 배터리의 잔존 용량을 측정할 수 있다.

예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리의 수명이 많이 진행되어 대전류 부하가 인가되면 배터리 양단 전압이 점점 낮게 측정될 수 있으며, 이로부터 배터리의 내부 저항값이 증가함에 따라 SOH는 작아질 수 있다.

상기에서 설명한 같이 본 발명은 배터리의 내부 저항값을 측정하여 배터리의 잔존 용량을 예측함으로써, 배터리의 잔존 용량을 보다 정확하게 측정하여 오차를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 배터리의 효율적인 관리로 인해 차량의 재시동성 신뢰도를 높일 수 있는 효과가 있다.

상기에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음은 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템을 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템의 배터리에 장착된 센서부를 나타낸 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템의 작동을 나타낸 순서도.

도 4는 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템의 내부 저항값에 따른 배터리의 잔존 용량을 나타낸 그래프.

< 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100: 센서부 110: 전압 측정부

120: 션트 200: 글로우 유닛

300: 제어부 400: 글로우 릴레이

500: 글로우 제어유닛 600: 퓨즈

Claims

디젤 엔진의 실린더 내에 구비되어 배터리에서 공급되는 전원에 의해 작동되는 글로우 유닛;

상기 배터리에 장착되어 배터리의 상태를 감시하는 센서부; 및

상기 센서부로부터 글로우 유닛이 작동되기 전/후의 배터리의 상태를 측정하여 배터리의 내부 저항값을 계산하고, 계산된 배터리의 내부 저항값에 의해 배터리의 잔존 용량을 예측하는 제어부;

를 포함하는 배터리 관리 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 배터리의 잔존 용량은 제어부에 미리 저장된 내부 저항값에 대응되는 배터리의 잔존 용량을 측정하여 배터리의 잔존 용량을 예측하는 배터리 관리 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 배터리의 내부 저항값은 (글로우 유닛이 작동되기 전의 평균 전압값 - 글로우 유닛이 작동되는 동안의 배터리 평균 전압값) / (배터리가 작동되는 동안의 배터리 평균 전류값)에 의해 계산되는 배터리 관리 시스템.
청구항 3에 있어서,

상기 글로우 유닛이 작동되기 전의 평균 전압값은 시동이 정지된 후 배터리의 전압이 안정화되도록 일정 시간 경과 후 측정하는 배터리 관리 시스템.
청구항 3에 있어서,

상기 센서부는 배터리의 (-)단자에 연결된 션트와, 상기 션트와 양단에 연결된 전압 측정부를 포함하고, 배터리의 평균 전류값은 (션트의 양단 전압값/션트의 저항값)으로 계산되는 배터리 관리 시스템.